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大断面铁素体球墨铸铁由于厚大部位冷却速度慢,凝固时间长,常出现石墨球数量少、球化不良、珠光体数量偏高等不良组织,严重影响球铁铸件的拉伸性能和低温韧性,限制了大型风电用球铁的发展。本研究主要针对低温高韧性球铁铸件,采用不同模数的大型实验铸件,通过探究二次孕育工艺、球化工艺、预处理工艺和Sb含量对实验铸件的组织性能影响,在保证足够的强度下,显著的提高了铸件的塑性和低温韧性。大断面球墨铸铁厚大部位存在组织性能不均匀性,实验铸件凝固时间最长的几何中心处组织和拉伸性能较好,低温韧性较差；中心面上存在一圈靠近边缘的环形区域,该区域的石墨球数量最少、尺寸最大,珠光体数量最多,拉伸性能和低温韧性最差,将其命名为“薄弱区”,应将该位置与中心位置的组织性能协同作为衡量工艺优劣的判据。二次孕育剂的孕育效果和抗衰退能力都会显著影响铸件的组织和性能,而微量添加元素对其孕育效果和抗衰退能力影响很大。Bi元素作为添加元素会显著改善孕育剂的孕育效果,但含Bi孕育剂的抗衰退能力较差,且0.002%的Bi就会导致模数为5cm的铸件薄弱区出现碎块状石墨：含微量S/O的二次孕育剂的抗衰退能力优异,采用0.2wt%的该孕育剂孕育的铸件中心处石墨球密集且圆整度高,薄弱区除个别粗大石墨球外,形态较好。轻稀土球化剂的稀土含量和Ce/La配比对铸件的组织性能影响很大,RE%=0.5%的纯镧系球化剂的球化效果较差,铸件厚大部位的石墨球数量少、形态差,铸件的低温韧性较差；稀土总量不变,Ce/La=2的铈镧混合球化剂的球化效果有所改善,但铸件薄弱区的珠光体量超标,铸件的塑性和低温韧性很差；将稀土总量提高到1%后,球化剂的球化效果显著改善,铸件厚大断面上石墨最多,珠光体数量最少,铸件的综合力学性能最好。预处理工艺可以显著改善大断面铁素体球墨铸铁件的组织性能。在原料熔化前采用0.2wt%的新型预处理剂对铁液进行预处理,与未预处理的铸件相比,360mm×360mm×360mm铸件薄弱区的石墨球数量提高了14%,珠光体量由5.8%降低到1.6%,延伸率从9.4%提高到12%,-20℃冲击值由7.4J提高到10.2J,-40℃冲击也提高了26%。微量元素Sb在抑制碎块状石墨的同时可以改善石墨球形态,提高铸件的综合力学性能,但Sb过量会导致铸件薄弱区珠光体量超标,影响其塑韧性。Sb的合适加入量与铸件的模数息息相关,当铸件模数小于或等于4cm时,50ppm的Sb加入量获得的综合力学性能最佳；而当铸件模数在4cm以上时,1OOppm的Sb加入量获得的拉伸性能和低温冲击韧性更加优异。改进工艺后,对于240mmx240mmx240mm铸件,中心处的拉伸强度为378.6MPa,延伸率达到了21.7%,-30℃、-40℃的低温冲击值分别为13.07J和9.4J；薄弱区的拉伸强度为369.8MPa,延伸率达到了16.3%,-30℃、-40℃的低温冲击值分别为11.1J和8.0J；对于36Ommx360mmx360mm铸件,中心处的拉伸强度为376.1MPa,延伸率达到了20.2%,-30℃、-40℃的低温冲击值分别为12.89J和9.09J；薄弱区的拉伸强度为364.2MPa,延伸率达到了14.3%,-30℃、-40℃的低温冲击值分别为9.09J和7.23J。